四大觸控螢幕技術各擅勝場

發布日期：2011-01-14 中國POS機網

隨著觸控產品的風行，四種觸控技術也成為各界關注焦點，不論電阻式、投射電容式、表面電容式或光學式觸控技術，其觸控螢幕的基本結構十分類似，業者若運用基本的觸控螢幕結構，搭配不同的觸控技術，將可開發滿足消費者需求的新型觸控終端產品。

每家手機行、電器行及全球大多數消費性電子廠商皆銷售觸控螢幕產品，他們都聲稱自己是專家，并擁有最先進或最誘人的技術。但真是如此嗎？目前有許多不同的觸控螢幕技術，但針對不同產品區間的市場與應用需求，導致這些產品適合采用的技術也不盡相同，若了解現有技術的特色與其限制，將能幫助消費者選擇最適合的技術。

五種基本元件打造觸控系統

雖然觸控螢幕產品有很多種，其觸控螢幕產品要能夠運作，其組成元件卻大致類似。研發廠商不論是要開發新型觸控螢幕手機、全球衛星定位系統(GPS)、搭載觸控功能的醫療裝置或是其他種類的觸控產品，此類系統中都含有五種基本元件(圖1)包含上覆鏡片或前蓋、觸控控制器、觸控螢幕感測器、螢幕系統與系統軟體。

圖1 觸控螢幕的系統元件

上覆鏡片是產品面向外部的元件，消費者透過該元件來和產品進行互動。在一些產品中，上覆鏡片僅是一個保護性的覆層，防止機體被刮傷或損壞；或是觸控感測系統的一部分。在采用其他技術的系統中，采用的是一個隱藏式微型攝影機或紅外線感測器，用來偵測使用者的觸碰行為。不論哪種技術，消費者對產品外貌與觀感的認知，是業者決定采用何種上覆鏡片材質的關鍵依據。當使用者接觸到產品時，系統中的電子元件就會被啟動來執行相關動作。在現今的系統中，觸控控制器是一個小型微控制晶片，例如賽普拉斯(Cypress)的 TrueTouch，置于觸控感測器與系統主控制器之間。這個晶片可置于系統內部控制機板上，或是連結到玻璃觸控感測器的可撓曲電路板(FPC)上。這個觸控控制器接收來自觸控感測器的資訊，再把資訊轉譯成系統主控制器能解讀的格式。

觸控螢幕感測器則為一片透明玻璃或壓克力板，擁有一個能對觸碰動作產生反應的表面。這個感測器置于一個圖形顯示器之上，面板的觸控區域覆蓋了螢幕的可視區域。現今市面上有許多不同的觸控感測器技術，每種技術采用不同的方法來偵測觸碰的輸入動作。但這些技術的基本運作方面，都是讓一個電流經過面板，當面板被觸碰時，會產生一個電壓或訊號改變。觸控控制器會偵測到電壓改變的狀況，藉此判斷觸碰點在螢幕上的位置。

此外，大多數觸控螢幕系統建立在一個液晶螢幕(LCD)或新型主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)螢幕的上層來運作。觸控式產品在選擇螢幕時所評量的因素，和傳統系統一樣，因此包括解析度、清晰度、更新速度及成本。觸控螢幕有一項重要考量因素，則是電磁輻射。由于觸控感測器采用的技術，是根據在面板被觸碰時產生微幅的電磁變化，因此會發射大量電磁雜訊的LCD就很難用來開發觸控產品。

若沒有系統軟體來解讀觸碰訊號，觸控系統硬體就變得毫無用處。系統軟體讓觸控螢幕與系統控制器能搭配運作。蘋果的iOS作業系統讓大家見識到操控手勢的功能，在許多程式中提供縮放、拖曳及旋轉等手勢功能。Windows 7也透過許多有趣的方式，把多點觸控手勢功能整合到核心作業系統與網際網路瀏覽器。晃動(Shake)手勢能把所有非啟用中視窗縮到最小。兩指快速輕按，就能快速放大選取的軟體圖示。Android為研發業者提供一個極具彈性的架構，用來定義其專屬操控手勢，帶動行動裝置市場開發更多創新的手勢功能。

電阻式觸控技術成本最具優勢

圖2為觸控螢幕技術的四種主要選擇，其中電阻式觸控螢幕仍是目前最常見的觸控螢幕技術，這種技術被用在高流量的應用，螢幕的防水性與抗刮性較強。電阻式觸控螢幕通常是成本最低的觸控螢幕解決方案。由于其能對壓力做出反應，因此可由手指、帶著手套的手、觸控筆或信用卡及指甲等其他物體來觸動如任天堂 (Nintendo)DS游器機即采用一種四線式電阻式觸控螢幕，可用塑膠觸控筆來操作。

圖2 觸控螢幕技術的四種主要選擇，由左至右依序為表面電容、紅外線觸控螢幕、電阻式觸控螢幕與電容式觸控。

表面電容式觸控螢幕技術采用一個玻璃或塑膠上覆鏡片，厚度為數公厘。這種設計提供清晰且更耐用的螢幕，勝過電阻式觸控螢幕采用的彈性塑膠鏡片。在表面電容螢幕中，位于螢幕四個角落的感測器會負責因觸碰動作所導致的電容變化。這些觸控螢幕僅能用手指或其他導電物體來作動。搭載觸控螢幕的自動販賣機或游戲機臺，是這種螢幕的主要應用。表面電容螢幕的主要缺點是精準度。一般的位置誤差率為螢幕尺寸的1～1.5%，這對于點選一張撲克牌或販賣商品而言，已經夠精準。

紅外線或攝影機的觸控螢幕技術不須對螢幕元件堆疊進行任何改變，因為其在螢幕的前方運作，此種技術適用于防破壞的應用。表面電容系統會觀察電磁訊號的中斷，紅外線觸控螢幕則會在螢幕的平面上觀察紅外線訊號的阻斷。紅外線系統大多數用在互動式資訊站或大型螢幕，因為其體積龐大且耗電可觀。幾乎任何能阻斷紅外線的物體都會被偵測到，這使得紅外線技術適合用在戴著手套或被動式觸控筆的場合(盡管觸控筆的精準度相當低)。而微軟 (Microsoft)Surface紅外線技術采用紅外線攝影機來偵測多點觸控動作，不須在觸控表面投射紅外線。投影式電容觸控螢幕是市場最新的技術，如蘋果的iPod Touch與iPhone即采用此種觸控螢幕。該技術亦提供優異的光學透明度，且能同時偵測多個觸碰動作，并提供許多超越表面電容螢幕的顯著優勢。投影式電容觸控感測器不須要進行位置校正，即可提供比表面電容高出甚多的位置精準度。

電阻/電容應用最廣泛

電阻式與電容式是現今消費性電子產品最被廣泛采用的觸控螢幕技術。事實上，大多數人使用銀行的自動柜員機或是商店的信用卡收銀機時，就已經和電阻式觸控螢幕進行互動。投射式電容觸控螢幕則出現在手機上。電阻式與電容式技術都使用強固的氧化銦錫(ITO)透明導體作為主要技術元件，兩者都在全世界大量運用。

電阻式觸控螢幕含有一個彈性的頂層，之后是一層ITO、一個空氣層及另一層ITO。ITO層通常連接四、五或八線的電路，包括X層的左側與右側各一，還有Y層的上方與下方各一。

當彈性頂層板被按壓后，接觸到下層板時，系統就會偵測到觸控動作。系統透過兩個偵測來量測出觸碰的位置：首先，X層右側施加一個已知的電壓，X層左側施以接地電壓，然后從一個Y感測器讀出電壓，此步驟會得到X軸位置，之后再到另一軸上重復這個步驟，即可推算出手指的確切位置。

電阻式觸控螢幕還提供五線與八線版本。五線版本把頂層的ITO層換成一個低電阻導電層，提供更好的耐用性。而八線型面板提供更高的解析度，能針對面板的各種屬性進行更好的校正。

ITO層均勻與否影響電阻觸控準確

電阻式技術的優點，包括可輕松在10寸以上大尺寸螢幕上偵測任何非導電性物體的按壓動作。此項特點讓電阻式觸控螢幕成為觸控筆輸入產品的優先技術選項。然而電阻式技術本身有許多缺點，如彈性的頂層很容易刮傷，透光度僅有75凜80%，且電阻式觸控螢幕的量測程序中有多個錯誤來源。若ITO層不均勻，感測器各處的電阻就不會呈線性分布。系統需要10或12位元精準度的電壓量測能力，在許多環境中很難達到如此高的精準度。現今許多電阻式觸控螢幕須要定期校正，重新對齊觸控點與底層的LCD影像。

相反的，投影式電容觸控螢幕的LCD與使用者之間就只有ITO與玻璃，這層玻璃的透光度接近100%。投影電容感測硬體包含一個玻璃或壓克力頂層，之后是排列整齊的X與Y軸感測器，透過沉積或蝕刻制程置于ITO層上，采用單層(最低成本)或不同分層的設計，配合制造商采用的制程。面板透過一條線路連結X與 Y軸感測器，因此一個10×14的面板會有二十四個連結器，12×20的面板則有三十二個感測器連結器。

當一個手指或其他導電物體接近螢幕時，會在感測器與手指之間產生一個電容。這個電容低于系統中的其他電容，約為0.5pF比上20pF，但可透過許多技巧來量測，通常包括對線路內電容進行快速充電，然后透過一個電阻來量測放電時間。通常采用兩種感測法，包括互電容器型與自電容型感測。自電容型感測法會偵測出當手指觸碰螢幕時，感測器自電容的增加狀況。互電容器型技術則會測出傳輸感測器與接受感測器之間的電容耦合下降狀況(圖3)。